轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌中的作用研究進(jìn)展

范凱旗綜述 杜樂審校

海南醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院臨床藥學(xué)本科1、生物學(xué)教研室2，海南 ?？?571101

大腸癌(colorectal cancer，CRC)是世界范圍內(nèi)都廣泛分布的影響人體健康的惡性腫瘤之一[1]，最新的研究數(shù)據(jù)表明，結(jié)直腸癌是30～39歲成年人中最常見的癌癥之一，預(yù)計(jì)2020年將出現(xiàn)4 100例[2]。由于CRC早期癥狀不明顯，容易漏診和誤診，尋找能夠直接用于CRC風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和早期診斷的明確遺傳標(biāo)志物一直是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[3]。轉(zhuǎn)錄因子是一種能與基因5’端結(jié)合的蛋白質(zhì)分子，使特定的基因在特定的時(shí)間和組織中以一定的強(qiáng)度表達(dá)[4]，轉(zhuǎn)錄因子的異常表達(dá)可導(dǎo)致許多疾病，大腸癌就是其中之一[5]。相關(guān)的研究顯示：轉(zhuǎn)錄因子的異常表達(dá)可以特異性地沉默或上調(diào)某些關(guān)鍵基因的表達(dá)水平，從而促進(jìn)或抑制大腸腫瘤的發(fā)生發(fā)展[4]。本文就近些年來關(guān)于轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌中的研究做一綜述。

1 轉(zhuǎn)錄因子的生物學(xué)功能

轉(zhuǎn)錄因子(transcription factor)又被稱為反式作用因子。轉(zhuǎn)錄因子可以根據(jù)其在細(xì)胞中的分布情況分成兩類：一類是普遍轉(zhuǎn)錄因子，這類轉(zhuǎn)錄因子在任何細(xì)胞中都有表達(dá)；另一類轉(zhuǎn)錄因子為組織細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子，此類轉(zhuǎn)錄因子只在特定的細(xì)胞和組織中發(fā)揮調(diào)控特定基因表達(dá)的作用。大多數(shù)的轉(zhuǎn)錄因子可以被分成幾種不同的結(jié)構(gòu)域：寡聚化位點(diǎn)，核定位信號(hào)，DNA結(jié)合區(qū)，轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)。當(dāng)轉(zhuǎn)錄因子遇到RNA聚合酶時(shí)，便與之結(jié)合，隨后DNA結(jié)合區(qū)促使RNA聚合酶和轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物與DNA的結(jié)合，以便轉(zhuǎn)錄調(diào)控區(qū)調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)[4]。

在大腸細(xì)胞中基因的表達(dá)受許多轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控，與大腸癌發(fā)生相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子有叉頭盒因子(forkhead，F(xiàn)OX)、干擾素調(diào)節(jié)因子(interferon regulator，IRF)、ETS(E-twenty six)、鋅指蛋白(zinc finger protein，ZNF)和激活蛋白(activator protein AP-2)等五大家族[6-10]，而其中Forkhead家族又可按照所含DNA結(jié)構(gòu)域的不同分為19個(gè)獨(dú)立的亞類，并以英文字母A～S區(qū)別。forkhead家族在人體內(nèi)可以參與代謝、免疫、應(yīng)激反應(yīng)、語言形成、個(gè)體發(fā)育和細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)[10]；ETS家族已建立了最大的轉(zhuǎn)錄因子組之一，迄今為止在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的ETS基因已有28種，ETS轉(zhuǎn)錄因子通過調(diào)節(jié)各種生物過程參與腫瘤的生成和發(fā)育過程，包括細(xì)胞增殖、遷移、凋亡、衰老、血管生成和干細(xì)胞發(fā)育[11]；鋅指蛋白家族都具有類似手指的結(jié)構(gòu)域，根據(jù)所含的結(jié)構(gòu)序列及其功能的不同分為9大類，廣泛分布于人體的基因組內(nèi)，大約1%的基因組序列都可編碼鋅指蛋白[12]，鋅指蛋白可在胚胎的發(fā)育，細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，某些腫瘤的形成以及細(xì)胞分化等諸多領(lǐng)域起到調(diào)控作用[13]。干擾素調(diào)節(jié)因子(IRF)在哺乳動(dòng)物體內(nèi)至少有十種，其在抗病毒、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫反應(yīng)、細(xì)胞角質(zhì)化、細(xì)胞分化、腫瘤形成中起重要調(diào)控作用[14]。AP-2在脊椎動(dòng)物中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)五類[15]，在人體的胚胎發(fā)育及血管生成中起到調(diào)節(jié)作用[16]。

2 轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控模式

轉(zhuǎn)錄因子對(duì)基因的調(diào)控模式復(fù)雜多樣，大致可分為以下三種模式：(1)大部分轉(zhuǎn)錄因子可直接調(diào)控下游靶基因的表達(dá)，例如FOXA1可與ZNF321P、FRMDI等基因相結(jié)合調(diào)控基因表達(dá)；Ets-1則可與TMG2基因相結(jié)合調(diào)控TMG2的表達(dá)[33]。(2)另一部分轉(zhuǎn)錄因子和miRNA結(jié)合調(diào)控某些關(guān)鍵基因的表達(dá)：AP-2α3'-UTR可與miR-200c相結(jié)合在轉(zhuǎn)錄后抑制AP-2α蛋白的表達(dá)，發(fā)揮調(diào)控作用等[9]。(3)還有一些轉(zhuǎn)錄因子可與其他蛋白質(zhì)分子互作調(diào)控靶基因表達(dá)：叉頭盒因子FOXM1可與過氧化物酶PRDX1蛋白分子互作影響乳腺癌的發(fā)生發(fā)展[17]，另有研究者發(fā)現(xiàn)鋅指蛋白436(ZNF436)可與TRIM28(tripartite motif-containing proteins 28)蛋白分子互作抑制肝細(xì)胞腫瘤的生長(zhǎng)從而抑制癌癥的進(jìn)展等[18]。

3 與大腸癌相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子

3.1 叉頭盒因子 叉頭盒因子(forkhead，F(xiàn)OX)是轉(zhuǎn)錄因子中的一大家族，該類轉(zhuǎn)錄因子存在高度保守的N,C末端的轉(zhuǎn)錄域和翼狀螺旋結(jié)構(gòu)樣的DNA結(jié)構(gòu)域[19]，所有FOX蛋白共享這一獨(dú)特的DNA結(jié)合域。有研究表明，該結(jié)構(gòu)域?yàn)榘?10個(gè)氨基酸殘基的保守序列但卻有不同的特性和功能[20]。目前FOX在人體內(nèi)發(fā)現(xiàn)有50種，并被分為19個(gè)亞家族，每個(gè)亞家族種又包含很多亞群，例如FOXA1、FOXA2和FOXA3等[21]。并且FOX基因的數(shù)量在不同生物體之間具有差異性，人類和小鼠有44個(gè)，果蠅只有11個(gè)。FOX基因調(diào)控著各種各樣的生物功能，對(duì)維持人體正常的發(fā)育過程有重要作用。FoxA1是上述Forkhead家族中的一員，其結(jié)構(gòu)也包含N,C末端的轉(zhuǎn)錄域和翼狀的螺旋結(jié)構(gòu)樣的DNA結(jié)構(gòu)域[22]。研究表明FOXA1與人體代謝和早期發(fā)育器官的形成有關(guān)[23]，F(xiàn)OXA1還可以參與肺癌、肝細(xì)胞癌、前列腺癌、甲狀腺癌等腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[24-27]。LAZAR等[28]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OXA1基因在正常人大腸中顯著表達(dá)，但在大腸癌中顯著下調(diào)，隨后又利用FOXA1 ChIP-seq和RNA-seq，發(fā)現(xiàn)了受FOXA1調(diào)控的新的靶基因(ZNF321P、FAM3D、FRMD1、TPRXL、LRRC31等)。該研究還發(fā)現(xiàn)：FOXA1可與細(xì)胞黏附促進(jìn)劑CEACAM5下游的遠(yuǎn)端增強(qiáng)子結(jié)合并顯著激活其表達(dá)，從而增強(qiáng)正常細(xì)胞相互間的黏附力，并可降低大腸癌細(xì)胞的凋亡的機(jī)率，這提示了FOXA1在增強(qiáng)大腸癌細(xì)胞中CEACAM5表達(dá)和抗凋亡方面發(fā)揮著重要作用。細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化被認(rèn)為是細(xì)胞癌變的重要標(biāo)志。研究人員通過對(duì)CRC患者切除的CRC組織樣本和相鄰的癌旁組織樣本研究記錄發(fā)現(xiàn)：miR-760的低表達(dá)與CRC患者的預(yù)后效果差和腫瘤增大、腫瘤擴(kuò)散、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移等惡性臨床病理特征有關(guān)[29]。此外，功能實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明miR-760上調(diào)可通過阻斷磷脂脂肪素3-激酶/蛋白質(zhì)激酶B(PI3K/AKT)通路和抑制細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)來阻礙CRC細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲；同時(shí)該研究還發(fā)現(xiàn)miR-760的過表達(dá)顯著降低了SW620細(xì)胞(大腸癌細(xì)胞系)中FOXA1的表達(dá)，同時(shí)，抑制miR760后顯著增強(qiáng)HT29細(xì)胞(大腸癌細(xì)胞系)中FOXA1的表達(dá)。這些數(shù)據(jù)表明FOXA1可能是CRC細(xì)胞中miR-760的定向靶基因，提示該基因與大腸癌的發(fā)生密切相關(guān)，可能成為大腸癌治療的靶點(diǎn)，具有持續(xù)的研究?jī)r(jià)值。

3.2 Ets家族 Ets家族蛋白被分為A，B，C三個(gè)區(qū)，A區(qū)各成員間缺乏同源性，B區(qū)有少量同源性，每一個(gè)Ets成員均含有C區(qū)。Ets家族高度保守的DNA結(jié)合區(qū)是由85個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的，也被稱為Ets域。為一段帶翼的螺旋-轉(zhuǎn)角-螺旋結(jié)構(gòu)，可以和由12～15個(gè)堿基對(duì)組成的富含5'-GGA(A/T)-3'序列的Ets結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，從而控制靶定基因的轉(zhuǎn)錄，發(fā)揮相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)[30]。Ets-1是Ets家族九個(gè)亞族中的成員之一[31]，Ets-1蛋白同時(shí)含有A、B、C三區(qū)的蛋白，Ets-1內(nèi)含有轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)區(qū)，C區(qū)的蛋白內(nèi)包含了由85個(gè)氨基酸殘基組成的DNA結(jié)合區(qū)(Ets域)[11]。Ets-1作為Ets家族中研究相對(duì)較多的基因被報(bào)道，該基因的異常表達(dá)與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎，動(dòng)脈粥樣硬化和多種癌癥的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)[32]。有研究報(bào)道Ets-1和TGM2(轉(zhuǎn)谷氨酰酶2)具有增強(qiáng)大腸癌增殖和遷移的能力，并且Ets-1還可作為TMG2的轉(zhuǎn)錄因子使其表達(dá)上調(diào)，同時(shí)參與TGM2對(duì)Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的調(diào)控，從而參與大腸癌的發(fā)生和發(fā)展[33]。還有研究者證實(shí)Ets-1的高表達(dá)和細(xì)胞癌變呈正相關(guān)[34]；另外，JAMSHID等[35]的研究顯示，Ets-1基因的表達(dá)在CRC腫瘤中被檢測(cè)到，并且表明有57.59%的CRC組織中的Ets-1基因表達(dá)顯著高于正常的大腸組織。三組實(shí)驗(yàn)研究都表明Ets-1參與大腸細(xì)胞的癌變過程，但是，關(guān)于Ets-1和大腸癌之間的分子機(jī)制研究較少，有待進(jìn)一步研究。

3.3 鋅指蛋白 鋅指蛋白的高度保守結(jié)構(gòu)域類似手指狀，該指狀結(jié)構(gòu)的形成需與結(jié)合后自我折疊。而其存在正是鋅指蛋白發(fā)揮生理作用的關(guān)鍵，缺乏不僅可以影響鋅指蛋白與相應(yīng)DNA或RNA的結(jié)合，同時(shí)還會(huì)影響自身的穩(wěn)定性，影響基因的表達(dá)[36]。鋅指蛋白可根據(jù)與半胱氨酸(Cys)殘基和組氨酸(His)殘基結(jié)合構(gòu)成的不同空間結(jié)構(gòu)分為8大折疊群，分別為高音譜號(hào)鋅指、C2H2型鋅指、帶狀鋅指、鋅離子結(jié)合短環(huán)鋅指、塞結(jié)狀鋅指、金屬硫蛋白鋅指、類TAZ2型鋅指、Zn2Cys6鋅指[37]。鋅指蛋白545(ZNF545)是鋅指蛋白家族的一員，其相應(yīng)的編碼基因定位于19q13.1，ZNF545在腫瘤細(xì)胞中經(jīng)常出現(xiàn)缺失現(xiàn)象[38]。鋅指蛋白545可參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖和分化等功能，研究表明：ZNF545在胃癌、乳腺癌、食管癌中的表達(dá)下調(diào)能抑制相應(yīng)癌細(xì)胞生長(zhǎng)[39-40]。潘烽平等[41]在利用qRT-PCR檢測(cè)32例患者大腸癌組織中ZNF545mRNA的表達(dá)水平之后，發(fā)現(xiàn)在大腸癌組織中ZNF545mRNA的表達(dá)量顯著低于正常組織，隨后又采用免疫組化法檢測(cè)了136對(duì)癌組織中ZNF545蛋白的表達(dá)情況，并發(fā)現(xiàn)了癌組織中ZNF545蛋白有低表達(dá)的特點(diǎn)，且ZNF545蛋白表達(dá)水平與腫瘤直徑和浸潤(rùn)的深度有關(guān)。潘烽平等[42]之后又通過Transwell小室檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)ZNF545的細(xì)胞遷移能力和侵襲能力下降，并且ZNF545可以調(diào)節(jié)大腸癌上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)相關(guān)分子標(biāo)志物的表達(dá)，還可抑制磷酸化鋅指轉(zhuǎn)錄因子(slug)的表達(dá)，增加E-鈣黏蛋白的表達(dá)，而這些現(xiàn)象在ZNF545基因沉默的細(xì)胞中相反。另有研究表明，當(dāng)ZNF545基因被甲基化后表達(dá)降低，并且可以使細(xì)胞停滯在G0/G1期，以上的作用可能是通過調(diào)節(jié)PI3K/AKT和Wnt/β-catenin信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路來實(shí)現(xiàn)的。這些研究結(jié)果共同表明了鋅指蛋白545在大腸細(xì)胞癌變過程中起到的重要作用，可能是大腸癌潛在的靶基因。

3.4 干擾素調(diào)節(jié)因子3(Interferon regulatory factor 3，IRF-3)家族 IRFs家族一般由300～500 bp組成，IRFs家族的保守結(jié)構(gòu)是含有五個(gè)色氨酸(Trp)重復(fù)序列組成的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，分布在N-端，可與干擾素刺激響應(yīng)元件(ISRE)結(jié)合，從而啟動(dòng)相關(guān)基因的表達(dá)[44]。許多IRF包含的核定位序列都分布在保守結(jié)構(gòu)域或其相鄰位置，可以提供將該轉(zhuǎn)錄因子送至細(xì)胞核的信號(hào)，其后是IRFs的調(diào)節(jié)區(qū)域，可以調(diào)控IRFs的活性，有些IRFs還有自我抑制的結(jié)構(gòu)域，如IRF2、IRF3等，IRFs的C-端可介導(dǎo)自身二聚體的形成或與家族的其他成員組成形成異源二聚體進(jìn)行信息傳導(dǎo)。轉(zhuǎn)錄因子IRF1也稱為干擾素調(diào)節(jié)因子1，由IRF1基因轉(zhuǎn)錄而來，定位在5q31.1，是由329個(gè)氨基酸殘基結(jié)合而成的蛋白質(zhì)[45-46]，IRF1與靶基因啟動(dòng)子區(qū)域的ISRE結(jié)合，從而影響靶基因的表達(dá)，IRF1與ISRE的結(jié)合實(shí)際上是DNA的N端螺線結(jié)構(gòu)與ISRE的結(jié)合，任何一個(gè)IRF轉(zhuǎn)錄因子都可與其靶基因有類似的結(jié)合[45]。IRF1可參加免疫應(yīng)答，抑制腫瘤發(fā)生，調(diào)節(jié)細(xì)胞的壞死等生理活動(dòng)[46]。另有研究表明：IRF1可以抑制胃癌、食道癌、腎癌等腫瘤的發(fā)生，并且還能促進(jìn)惡性腫瘤細(xì)胞的凋亡[47-52]。吳燕芳等[53]利用單變量Cox和多變量Cox分析方法推斷IRF1可能是CRC患者RFS(recurrence-free survival，無復(fù)發(fā)生存期)的潛在診斷生物標(biāo)志物，這一結(jié)論在癌癥基因譜數(shù)據(jù)中被證實(shí)。另外，基因富集分析表明IRF1影響了與免疫細(xì)胞招募和激活相關(guān)的基因和通路，并且IRF1基因區(qū)cg275877780和cg15375424CpG位點(diǎn)的DNA甲基化與IRF1 mRNA表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，與CRC的復(fù)發(fā)呈正相關(guān)。洪敏等[54]后來的研究證實(shí)IRF1可以通過促進(jìn)RASSF5(RAS相關(guān)結(jié)構(gòu)蛋白)的表達(dá)來抑制RAS-Rac1通路，從而起到抑制大腸癌遷移和增殖的作用。另外，袁理等[55]發(fā)現(xiàn)免疫調(diào)節(jié)因子IFN-γ可以激活I(lǐng)RF1，從而使microRNA-29b表達(dá)上調(diào)，而microRNA-29b可通過調(diào)節(jié)IGF1/PI3K/AKT通路來阻礙大腸癌的轉(zhuǎn)移，并且IRF1和microRNA-29b之間還存在正反饋調(diào)節(jié)，進(jìn)一步證實(shí)了IRF1在抑制大腸細(xì)胞癌變中的作用。

3.5 轉(zhuǎn)錄因子激活蛋白-2(AP-2)家族 AP-2家族的保守結(jié)構(gòu)域?yàn)镠SH(helix-span-helix，螺旋-跨距-螺旋)DNA結(jié)合域，能與特定的DNA結(jié)合后，調(diào)控該基因的表達(dá)。GAYNOR等[56]證實(shí)AP-2家族的相應(yīng)編碼基因位于6號(hào)染色體上，N-端則負(fù)責(zé)活化轉(zhuǎn)錄，該段富含谷氨酸和脯氨酸殘基。AP-2α是AP-2家族中的一員，其他的家族成員還有AP-2β、AP-2γ、AP-2 δ、AP-2ε。AP-2α與其他家族成員都有一個(gè)中心堿性區(qū)域，其后的羧基端有一個(gè)高度保守的HSH(helix-span-helix，螺旋-跨距-螺旋)基序，可與它鄰近的堿基區(qū)一起實(shí)現(xiàn)序列特異性的DNA結(jié)合功能[15，57]。人們發(fā)現(xiàn)在乳腺癌、卵巢癌、前列腺癌、惡性黑色素瘤以及大腸癌中都有AP-2α的表達(dá)缺失或降低。MENG等[58]研究表明，髓過氧化物酶(MPO)啟動(dòng)子SNPs rs2243828和rs2333227的突變能夠影響AP-2α與rs2333227結(jié)合的親和力，從而提高M(jìn)PO的表達(dá)，激活I(lǐng)L23A-MMP9介導(dǎo)的致癌信號(hào)通路，提示了AP-2α在大腸細(xì)胞癌變中的重要作用。王曉嬌等[59]的研究發(fā)現(xiàn)CRC細(xì)胞衍生的乳酸可誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子AP-2α的活性及其靶蛋白Elk-1的表達(dá)，從而促進(jìn)抑制性免疫檢查點(diǎn)受體Sirpα(signal regulatory protein-α，信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白α)的表達(dá)，從而達(dá)到逃避先天免疫監(jiān)視的目的。另有研究表明AP-2α能與微小RNA共同作用，參與大腸細(xì)胞的癌變，研究發(fā)現(xiàn)miR-200c通過與AP-2α3'-UTR特異性結(jié)合在轉(zhuǎn)錄后抑制AP-2α蛋白的表達(dá)，從而起到促進(jìn)細(xì)胞增殖的作用[9]。目前關(guān)于AP-2α的研究還比較有限，但是其在大腸細(xì)胞癌變中的作用意義十分重大，有望為大腸癌的臨床診斷提供新的思路。

4 結(jié)語

轉(zhuǎn)錄因子是具有DNA結(jié)合區(qū)和轉(zhuǎn)錄激活區(qū)等重要功能區(qū)的蛋白質(zhì)分子，在人體內(nèi)的許多生物學(xué)進(jìn)程中發(fā)揮著重要的作用，尤其是在調(diào)控人體基因的表達(dá)方面有著決定性的作用。近年來，有關(guān)轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌中作用的研究已有較多發(fā)現(xiàn)，許多文章報(bào)道轉(zhuǎn)錄因子與大腸細(xì)胞的癌變有關(guān)，并進(jìn)一步證實(shí)了一些轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌中的功能。由于大腸癌對(duì)人體健康的嚴(yán)重威脅，尋找其發(fā)生的明確的特異性標(biāo)志物已成為研究熱點(diǎn)，但是結(jié)合國(guó)內(nèi)外關(guān)于轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌中作用的研究現(xiàn)狀來看，許多轉(zhuǎn)錄因子在大腸癌發(fā)生中的分子作用機(jī)制尚未明確，轉(zhuǎn)錄因子是否能夠成為直接用于大腸癌的診斷、治療的特異性靶點(diǎn)仍需進(jìn)一步探索。